(57)【要約】  ダイレクトドライブ型風力発電装置が、一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、ステータと、ステータを支持するステータケーシングと、主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、ロータヘッドと発電機との間に位置し、主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、ステータケーシングを支持するトルクサポートとを備えている。第２軸受は、第１軸受よりも発電機に近接して位置している。第１軸受は調心性を有する軸受であり、第２軸受は調心性がない軸受である。
2011135703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受は、複列テーパーころ軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第１軸受が、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、又は自動調心軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項４】
請求項１に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受は、
第１及び第２内輪と、
第１及び第２外輪と、
前記第１内輪と前記第１外輪の間に設けられた第１転動体と、
前記第２内輪と前記第２外輪の間に設けられた第２転動体と、
付勢部材
とを備え、
前記第２外輪と前記第２内輪との間の間隔が可変であり、
前記付勢部材は、前記第２外輪を、前記第２外輪の内周面が前記第２内輪の外周面に近づくように付勢する
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項５】
請求項４に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
更に、
前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングを備え、
前記第２軸受の前記第２外輪は、線接触又は点接触を介して前記軸受ハウジングに対して移動可能である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記軸受ハウジングと前記第２外輪との間に、円筒コロが挿入されている
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受が、更に、
第３内輪と、
第３外輪と、
前記第３内輪と前記第３外輪の間に設けられた第３転動体
とを備えている
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
更に、前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングを備え、
前記ステータケーシングが、前記軸受ハウジングに対向する対向面において凹部を有し、
前記軸受ハウジングの端が前記対向面と同一面上にあるか、前記軸受ハウジングの一部が前記凹部の内部に位置している
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
更に、前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングを備え、
前記トルクサポートは、前記軸受ハウジングに連結されたトルクサポート部材を備え、
前記トルクサポート部材は、前記主軸の半径方向に延伸して前記軸受ハウジングと前記ステータケーシングとを連結する
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項１０】
請求項１乃至４に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記ステータケーシングは、
前記軸受ハウジングに対向する中心部プレートと、
前記中心部プレートの外縁部に連結された外周部プレート
とを備え、
前記中心部プレートは、その中心部が前記外縁部よりも窪んで形成され、これにより前記ステータケーシングに凹部を提供するように構成され、
前記外周部プレートは、前記トルクサポートとして機能する、前記凹部の外縁から前記主軸の半径方向内側に突出する突出部が形成されるように構成され、
前記軸受ハウジングの一部が前記凹部に収容されると共に、前記突出部が前記軸受ハウジングに連結されることによって前記ステータケーシングと前記軸受ハウジングとが連結される
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項１１】
第１及び第２内輪と、
第１及び第２外輪と、
前記第１内輪と前記第１外輪の間に設けられた第１転動体と、
前記第２内輪と前記第２外輪の間に設けられた第２転動体と、
付勢部材
とを備え、
前記第２外輪と前記第２内輪との間の間隔が可変であり、
前記付勢部材は、前記第２外輪を、前記第２外輪の内周面が前記第２内輪の外周面に近づくように付勢する
軸受構造。
【請求項１２】
請求項１１に記載の軸受構造であって、
更に、
前記第２軸受を支持する軸受ハウジングを備え、
前記第２軸受は、前記軸受ハウジングに対して移動可能であり、
前記軸受ハウジングと前記第２外輪とは、線接触又は点接触を用いて結合されている
軸受構造。
【請求項１３】
請求項１２に記載の軸受構造であって、
前記軸受ハウジングと前記第２外輪との間に、円筒コロが挿入されている
軸受構造。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の軸受構造であって、
前記第２軸受が、更に、
第３内輪と、
第３外輪と、
前記第３内輪と前記第３外輪の間に設けられた第３転動体
とを備えている
軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイレクトドライブ型風力発電装置及びそれに適した軸受構造に関し、特に、ダイレクトドライブ型風力発電装置における主軸及び発電機の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の一つの公知の形式は、ダイレクトドライブ型風力発電装置である。ギヤード型風力発電装置では、風車ロータの回転を増速機を用いて回転数を増大させて発電機に伝えるのに対し、ダイレクトドライブ型風力発電装置では、風車ロータと発電機が主軸によって直結される。【０００３】
ダイレクトドライブ型風力発電装置においては、同期発電機を用いるため発電機が大型になり、且つ、発電機と主軸が直結されているので、主軸と発電機とを支持する構造の設計においても特別な配慮が必要になる。一般的には、主軸を２つの軸受で回転可能に支持すると共に、発電機のステータケーシングの回転を防ぐための構造体が設けられる。発電機のステータケーシングの回転を防ぐための構造体を、以下、トルクサポートと呼ぶことにする。主軸の回転に伴い、発電機のステータケーシングには主軸の周方向にトルクが加わる。このようなトルクが加わってもステータケーシングが回転しないようにステータケーシングを支持することがトルクサポートの役割である。加えて、主軸とステータケーシングの間に１つ又は２つの発電機軸受が追加的に設けられ、この発電機軸受によってステータケーシングが支持されることもある。主軸を２つの軸受で回転可能に支持すると共にステータケーシングをトルクサポートで支持する構造は、例えば、欧州特許出願ＥＰ１３２７０７３Ｂ１号公報（特許文献１）、欧州特許出願ＥＰ２０１４９１７Ａ１号公報（特許文献２）及び対応日本出願の特開２００９−１９６２５号公報（特許文献３）、並びに、国際公開ＷＯ２００７／１１１４２５号（特許文献４）に開示されている。【０００４】
ここで、風力発電機の主軸を支持する軸受としては、一般には、調心性のある軸受（軸のたわみや傾きを許容する軸受）が使用される。これは、ダイレクトドライブ型風力発電装置においては主軸にたわみが発生するため、そのたわみを吸収することが必要であるという技術的思想に基づくものであると考えられる。例えば、また、ＥＰ１３２７０７３Ｂ１は、主軸を支持するベアリングが主軸のたわみ（flexing）を許容することを開示している（例えば、請求項１）。また、国際公開ＷＯ２００７／１１１４２５号には、ロータヘッドに近いベアリングに円錐コロ軸受（toroidal roller bearing）を採用し、発電機に近いベアリングに円筒ころ軸受（spherical roller bearing）を採用し、これにより、メインシャフトの変位（misalignment）及び傾き（tilting）を補償することを開示している。【０００５】
しかしながら、本願発明者の検討によれば、主軸を調心性のある２つの軸受で支持し、更に、ステータケーシングをトルクサポートで支持する構造は、ステータとロータのギャップを一定に維持するために適しているとは言えない。図８は、その理由を説明する図である。以下では、図８に図示されているような、第１軸受１０１、第２軸受１０２によって主軸１０３を支持し、且つ、トルクサポート１０４によって発電機１０５のステータケーシング１０６に主軸１０３の周方向に作用するトルクを支持する構造を考える。ここで、ｌ１はロータヘッド側の荷重点と第１軸受１０１との間の距離であり、ｌ２は第１軸受１０１と第２軸受１０２の間の距離であり、ｌ３は、第２軸受１０２とトルクサポート１０４がステータケーシング１０６に力を作用する点までの距離である。また、Ｒ１、Ｒ２は、第１軸受１０１、第２軸受１０２が作用する支点反力であり、Ｒ３は、トルクサポート１０４がステータケーシング１０６に作用させる支点反力である。【０００６】
主軸１０３を支える２つの軸受（第１軸受１０１、第２軸受１０２）が共に調心性がある軸受であると、それぞれの位置で、たわみ角γ１、γ２が生じる。そして、たわみ角ｒ２と、風力発電装置のレイアウト上必然的に存在する距離ｌ３により、トルクサポート１０４にトルクが作用していなくても支点反力Ｒ３が生じる。ここで、支点反力Ｒ３の大きさは、トルクサポート１０４のバネ定数とひずみδの積になる。【０００７】
この支点反力Ｒ３は、発電機１０５のステータとロータの間のギャップのアンバランスを生じさせるため好ましくない。特に、発電機１０５として永久磁石同期発電機（ＰＭＳＧ）が使用される場合には、ギャップのアンバランスの問題は重大である。詳細には、界磁磁石の磁気吸引力や様々な電気力が作用する永久磁石同期発電機（ＰＭＳＧ）では、ステータとロータの間のギャップを確実に維持すると共に、数々の振動モード変位を小さくしなければならない。しかしながら、支点反力Ｒ３により、ステータケーシング１０６が発電機軸受の内部スキマの分だけ変位し、また、ステータケーシング１０６自体もわずかながら変形する。内部スキマの分の変位と変形により、ステータとロータの間のギャップのアンバランスが発生し、回転による磁気振動に加えて、曲げによるモード振動が発生する。曲げモード振動の発生は、風力発電装置の振動を増大させるため好ましくない。また、曲げモード振動が発生すると、疲労荷重も増えるため、構造部材（例えば、主軸１０３、トルクサポート１０４、ステータケーシング１０６等）の強度を高く設計する必要性が生じ、重量が増大するという問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願ＥＰ１３２７０７３Ｂ１号公報
【特許文献２】欧州特許出願ＥＰ２０１４９１７Ａ１号公報
【特許文献３】特開２００９−０９６２５号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００７／１１１４２５号
【発明の概要】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、ダイレクトドライブ型風力発電装置において、発電機のステータとロータの間のギャップのアンバランスを防ぐための技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の一の観点では、ダイレクトドライブ型風力発電装置が、一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、ステータと、ステータを支持するステータケーシングと、主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、ロータヘッドと発電機との間に位置し、主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、ステータケーシングを支持するトルクサポートとを備えている。第１軸受は調心性を有する軸受であり、第１軸受よりも発電機に近接して位置している第２軸受は調心性のない軸受である。第２軸受としては、複列テーパーころ軸受が使用可能である。また、第１軸受としては、例えば、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、又は自動調心軸受が使用可能である。
【００１１】
一実施形態では、第２軸受は、第１及び第２内輪と、第１及び第２外輪と、第１内輪と第１外輪の間に設けられた第１転動体と、第２内輪と第２外輪の間に設けられた第２転動体と、付勢部材とを備えている。第２外輪と第２内輪との間の間隔が可変であり、付勢部材は、第２外輪を、第２外輪の内周面が第２内輪の外周面に近づくように付勢する。
【００１２】
当該ダイレクトドライブ型風力発電装置は、第２軸受は、第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングに対して移動可能であり、軸受ハウジングと第２外輪とは、線接触又は点接触を用いて結合されていることが好ましい。この場合、例えば、軸受ハウジングと第２外輪との間に、円筒コロが挿入されてもよい。
【００１３】
また、第２軸受が、更に、第３内輪と、第３外輪と、第３内輪と第３外輪の間に設けられた第３転動体とを備えていることも好ましい。
【００１４】
好適には、ステータケーシングが、第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングに対向する対向面において凹部を有し、軸受ハウジングの端が対向面と同一面上にあるか、軸受ハウジングの一部が凹部の内部に位置していることが好ましい。
【００１５】
また、トルクサポートが第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングに連結されたトルクサポート部を備えている場合、トルクサポート部が、軸受ハウジングとステータケーシングとを主軸の半径方向に連結することも好ましい。
【００１６】
ステータケーシングは、軸受ハウジングに対向する中心部プレートと、中心部プレートの外縁部に連結された外周部プレートとを備えてもよい。この場合、中心部プレートは、その中心部が外縁部よりも窪んで形成され、これによりステータケーシングに凹部を提供するように構成され、外周部プレートは、トルクサポートとして機能する、凹部の外縁から主軸の半径方向内側に突出する突出部が形成されるように構成されてもよい。この場合、軸受ハウジングの一部が凹部に収容されると共に、突出部が軸受ハウジングに設けられた溝に嵌め込まれることによってステータケーシングと軸受台とが連結される。
【００１７】
本発明の他の観点においては、軸受構造が、第１及び第２内輪と、第１及び第２外輪と、第１内輪と第１外輪の間に設けられた第１転動体と、第２内輪と第２外輪の間に設けられた第２転動体と、付勢部材とを備えている。第２外輪と第２内輪との間の間隔が可変であり、付勢部材は、第２外輪を、第２外輪の内周面が第２内輪の外周面に近づくように付勢している。
【００１８】
本発明によれば、ダイレクトドライブ型風力発電装置における発電機のステータとロータの間のギャップのアンバランスを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の風力発電装置の構成を示す断面図である。
【図３】発電機に近い側に位置する第２軸受の構成の一例を示す断面図である。
【図４Ａ】第２軸受の構成の他の例を示す断面図である。
【図４Ｂ】第２軸受の構成の更に他の例を示す断面図である。
【図４Ｃ】第２軸受の構成の更に他の例を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃの第２軸受の構成を詳細に示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｃの第２軸受の構成を詳細に示す斜視図である。
【図５】図１の風力発電装置の構成を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａの風力発電装置の構成を示す断面図である。
【図８】ダイレクトドライブ型風力発電装置において、２つの軸受の両方が調心性を有する場合に生じる問題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態における風力発電装置１の構造を概略的に示す斜視図である。本実施形態の風力発電装置１は、ダイレクトドライブ型風力発電装置として構成されており、下記のような構成を有している。風力発電装置１は、タワー２とナセル台座３とを備えている。ナセル台座３は、タワー２の上端にヨー旋回可能に載置されている。ナセル台座３には、第１軸受ハウジング５と第２軸受ハウジング６とが設けられており、その第１軸受ハウジング５と第２軸受ハウジング６の内部にそれぞれに設けられた第１軸受８及び第２軸受９（図２参照）によって主軸４が回転可能に支持されている。主軸４の一端は風車ロータのロータヘッド（図示されず）に接続され、他端は発電機７に接続されている。発電機７は、更に、トルクサポート２０によって第２軸受ハウジング６に連結されている。
【００２１】
図２は、本実施形態の風力発電装置１を上方からみた断面図である。発電機７は、ステータ１１とロータ１２とを備えている。ステータ１１は、ステータケーシング１３によって支持されている。一方、ロータ１２は、ステータ１１に対向する界磁磁石１４と、界磁磁石１４を支持するロータプレート１５とを備えている。ロータプレート１５が主軸４の端に連結されたスリーブ１６に連結されており、これにより、ロータ１２が主軸４に連結されている。なお、本実施形態では、スリーブ１６が主軸４の端に連結されているが、スリーブ１６が主軸４と連続して形成される、又は一体に形成されることも可能である。
【００２２】
スリーブ１６には、発電機軸受１７、１８が設けられており、これらの発電機軸受１７、１８によりステータケーシング１３が支持されている。主軸４に設けられた発電機軸受１７、１８によってステータケーシング１３が支持されることは、ステータ１１とロータ１２の間のギャップを一定に保つために有効である。
【００２３】
トルクサポート２０は、ステータケーシング１３と第２軸受ハウジング６とを連結している。本実施形態では、トルクサポート２０が、ピン２１とスリーブ２２とゴムブッシュ２３とを備えている。スリーブ２２は、ステータケーシング１３に固定されており、ゴムブッシュ２３は、スリーブ２２の内部に挿入されている。更に、ゴムブッシュ２３にピン２１が挿入され、ピン２１が第２軸受ハウジング６に固定されている。このような構造のトルクサポート２０により、ステータケーシング１３に主軸４の周方向に作用するトルクが支持されている。
【００２４】
上述のように、主軸を調心性のある２つの軸受で支持し、更に、ステータケーシングをトルクサポートで支持する構造には、発電機のステータとロータの間のギャップのアンバランスの発生という問題がある。この問題に対処するために、本実施形態の風力発電装置１では、発電機７に近い側の軸受である第２軸受９として、調心性のない軸受、即ち、主軸４の傾きを許容しない軸受が採用される。一方、第１軸受８としては調心性のある軸受が使用される。より具体的には、第１軸受８としては、例えば、円錐ころ軸受（toroidal roller bearing）、円筒ころ軸受、又は自動調心軸受が使用される。一方、第２軸受９としては、例えば、複列テーパーころ軸受（double taper roller bearing）が使用される。
【００２５】
図３は、第２軸受９の構造の一例を示す断面図である。第２軸受９は、内輪２５と、外輪２６と、それらの間に設けられた円錐ころ２７、２８とを備えている。図３には、円錐ころ２７、２８がそれぞれ一つずつ図示されているが、複数の円錐ころ２７が主軸４の周方向に並んで一列に配置されており、複数の円錐ころ２８が主軸４の周方向に並んで一列に配置されていると理解されなければならない。内輪２５は主軸４に取り付けられ、外輪２６は第２軸受ハウジング６に取り付けられている。内輪２５には、第２軸受９の中心部において凹になるようにテーパーが形成されており、更に、外輪２６には、第２軸受９の中心部において凸になるようにテーパーが形成されている。円錐ころ２７、２８は、第２軸受９の中心に向けて半径が小さくなるように配置されている。このような構造により、第２軸受９は、主軸４を、傾きを許容せずに回転可能に保持する。
【００２６】
第２軸受９として調心性のない軸受を使用することにより、風力発電装置１の動作時に、主軸４の第２軸受９よりも発電機７に近い側の部分と、スリーブ１６と、ロータ１２と、ステータケーシング１３とが機械的に一体化され、これらの部材の間における相対的な変位（displacement）の発生が抑制される。即ち、主軸４の第２軸受９よりも発電機７に近い側の部分と、スリーブ１６と、ロータ１２と、ステータケーシング１３との部材の間の相対的な位置関係の変動が抑制され、これらの部材が、全体としては、あたかも一つのかたまり（unit）であるかのように運動する。これは、ステータ１１とロータ１２との間のギャップを一定に保持し、ギャップのアンバランスを防ぐために有効である。
【００２７】
第２軸受９としては調心性のない軸受が使用される本実施形態においては、ギャップをより確実に保持するために、第２軸受９のガタを低減する、即ち、第２軸受９における転動体（ボール、又はコロ）と内輪２５及び外輪２６の間の隙間を低減するような軸受構造を採用することが好ましい。図４Ａは、隙間を低減するように構成された第２軸受９Ａ及び、それを保持する第２軸受ハウジング６Ａの構造の例を示す図である。
【００２８】
第２軸受ハウジング６Ａは、第１環状部材３６と、中間部材３７と、第２環状部材３８と、押さえプレート３９と、ボルト４０とを備えている。中間部材３７と、第２環状部材３８と、押さえプレート３９とは、ボルト４０によって第１環状部材３６に固定されている。
【００２９】
第２軸受９Ａは、第１内輪３１ａと、第２内輪３１ｂと、スペーサ３２と、第１外輪３３ａと、第２外輪３３ｂと、バネ３５と、円錐ころ３４ａ、３４ｂとを備えている。第１内輪３１ａと第２内輪３１ｂとスペーサ３２とは、主軸４に挿入されており、ナット４ａによって主軸４に固定されている。スペーサ３２は、第１内輪３１ａと第２内輪３１ｂとを所望の距離に保つ機能を有している。第１外輪３３ａは、第１環状部材３６と中間部材３７とに挟まれて保持されている。第２外輪３３ｂは、第２環状部材３８の内周面に押し当てられて保持されている。ここで、第２外輪３３ｂは、主軸４の軸方向に摺動可能である。
【００３０】
円錐ころ３４ａは、第１内輪３１ａと第１外輪３３ａとの間に挿入されており、円錐ころ３４ｂは、第２内輪３１ｂと第２外輪３３ｂとの間に挿入されている。ここで、図４Ａでは、円錐ころ３４ａ、３４ｂがそれぞれ一つずつ図示されているが、複数の円錐ころ３４ａが主軸４の周方向に並んで一列に配置されており、複数の円錐ころ３４ｂが主軸４の周方向に並んで一列に配置されていると理解されなければならない。
【００３１】
ここで、第１内輪３１ａは、円錐ころ３４ａに対して、主軸４の軸方向に対して斜めであり、半径方向外側であり、且つ、発電機７に向かう方向に荷重を作用する。また、第２内輪３１ｂは、円錐ころ３４ｂに対して、主軸４の軸方向に対して斜めであり、半径方向外側であり、且つ、ロータヘッドに向かう方向に荷重を作用する。更に、第１外輪３３ａは、円錐ころ３４ａに対して、主軸４の軸方向に対して斜めであり、半径方向内側であり、且つ、ロータヘッドに向かう方向に荷重を作用する。また、第２外輪３３ｂは、円錐ころ３４ｂに対して、主軸４の軸方向に対して斜めであり、半径方向内側であり、且つ、発電機７に向かう方向に荷重を作用する。このような構造により、主軸４に作用するアキシャル荷重Ｆａ及びラジアル荷重Ｆｒが支持される。
【００３２】
加えて、第２外輪３３ｂと中間部材３７との間にバネ３５が挿入されており、第２外輪３３ｂは、主軸４の軸方向に付勢されている。第２内輪３１ｂの外周面と第２外輪３３ｂの内周面は主軸４の軸方向に対して傾けられているので、結果として、バネ３５は、第２外輪３３ｂを、第２外輪３３ｂの内周面が第２内輪３１ｂの外周面に近づくように付勢することになる。このバネ３５の作用により、第２軸受９のガタ、即ち、円錐ころ３４ｂと第２内輪３１ｂとの間の隙間、及び、円錐ころ３４ｂと第２外輪３３ｂとの間の隙間が小さくされている。このような構造は、主軸４の第２軸受９よりも発電機７に近い側の部分、スリーブ１６、ロータ１２、及び、ステータケーシング１３を機械的に一体化し、これらの部材の間における相対的な変位の発生を有効に抑制する。これは、ステータ１１とロータ１２との間のギャップのアンバランスを防ぐために有効である。
【００３３】
図４Ａのような軸受構造は、更に、円錐ころ３４ａ、３４ｂの間の負荷の均一性を向上し、第１内輪３１ａ、第２内輪３１ｂと第１外輪３３ａ、第２外輪３３ｂとの間の温度差の問題に対処するためにも有効である。図３の軸受構造では、主軸４の軸方向に負荷がかかったときに、一方の円錐ころの列（例えば、円錐ころ２８の列）に大きな負荷がかかる。これは、第２軸受９の寿命を短くするため好ましくない。また、主軸４が回転すると、第２軸受９の温度が上昇するが、温度上昇は、外輪２６よりも内輪２５の方が大きい。内輪２５の温度が外輪２６の温度よりも相対的に高くなると、内輪２５の熱膨張が外輪２６よりも大きくなり、結果として、円錐ころ２７、２８に作用する機械的負荷が増大する。これは、円錐ころ２７、２８の寿命を縮めるため好ましくない。
【００３４】
一方、図４Ａの構造によれば、第２軸受９に軸方向の荷重Ｆａが作用した場合に、その荷重Ｆａは、バネ３５の作用により、円錐ころ３４ａ、３４ｂに均等に作用する。したがって、一方の円錐ころの列に大きな負荷がかかることによる寿命の短縮が防がれる。また、図４Ａの構造によれば、第１内輪３１ａ、第２内輪３１ｂの温度上昇が第１外輪３３ａ、第２外輪３３ｂの温度上昇よりも大きくても、第１内輪３１ａ、第２内輪３１ｂの熱膨張がバネ３５によって吸収される。したがって、第１内輪３１ａ、第２内輪３１ｂと第１外輪３３ａ、第２外輪３３ｂとの間の温度差の問題を回避することができる。
【００３５】
主軸４の変位を一層に低減するためには、図４Ｂに図示されているように、３列の円錐ころが設けられてもよい。図４Ｂの第２軸受９Ｂの構造では、第３内輪３１ｃ及び第３外輪３３ｃが追加的に設けられ、その間に、円錐ころ３４ｃが設けられる。第１内輪３１ａと第３内輪３１ｃの間にはスペーサ３２ａが設けられ、第２内輪３１ｂと第３内輪３１ｃの間にはスペーサ３２ｂが設けられ、これにより、第１内輪３１ａと第３内輪３１ｃとが所望の間隔に保持され、また、第２内輪３１ｂと第３内輪３１ｃとが所望の間隔に保たれる。また、第１外輪３３ａと第３外輪３３ｃは、第１環状部材３６ａと中間部材３７によって挟まれて保持される。このとき、第１外輪３３ａと第３外輪３３ｃとの間にスペーサ３６ｂが挿入され、第１外輪３３ａと第３外輪３３ｃとが所望の間隔に保持される。
【００３６】
なお、３列の転動体が設けられる図４Ｂの構造では、円錐ころ３４ａ、３４ｂ、３４ｃの代わりに、転動体として玉が使用されてもよい。転動体として玉を使用することは、コストの低減のために好ましい。
【００３７】
図４Ａ、図４Ｂの構造では、第２外輪３３ｂが第２環状部材３８の内周面上を軸方向に摺動可能でなければならない。このとき、第２環状部材３８が大型化された場合には、第２環状部材３８の製造誤差が大きくなり、第２外輪３３ｂが第２環状部材３８の内周面を摺動可能にすることが困難な場合がある。
【００３８】
第２外輪３３ｂが第２環状部材３８に対して移動可能にするためには、第２外輪３３ｂと第２環状部材３８との間の接触が、（面接触ではなく）線接触又は点接触になっていることが好ましい。これにより、第２外輪３３ｂと第２環状部材３８との間に作用する摩擦が小さくなり、第２外輪３３ｂが第２環状部材３８に対して移動しやすくなる。
【００３９】
より具体的には、図４Ｃに図示されているように、第２外輪３３ｂと第２環状部材３８との間に、円筒コロ５１が挿入されてもよい。図４Ｃには一つの円筒コロ５１のみが図示されているが、図４Ｃは、複数の円筒コロ５１が主軸４の周方向に並んで配置されていると理解しなくてはならない。各円筒コロ５１は、その中心軸が主軸４の軸方向に平行になるように配置される。図４Ｄ及び図４Ｅに図示されているように、円筒コロ５１は、保持器５２によって所望の位置に保持される。円筒コロ５１と第２環状部材３８とが線接触し、また、円筒コロ５１と第２外輪３３ｂとが線接触し、これにより、第２外輪３３ｂが第２環状部材３８に対して移動しやすくなっている。図４Ｃ〜図４Ｅでは、円筒コロが使用されているが、円筒コロの代わりに玉が使用されてもよい。また、図４Ｃ〜図４Ｅのような円筒コロ又は玉が第２外輪３３ｂと第２環状部材３８との間に挿入される構造は、図４Ｂのような３列の転動体が設けられる構造にも適用可能である。
【００４０】
主軸４の第２軸受９よりも発電機７に近い側の部分と、スリーブ１６と、ロータ１２と、ステータケーシング１３の間における相対的な変位の発生を一層に抑制し、ステータ１１とロータ１２の間のギャップのアンバランスをより低減するためには、トルクサポート２０からステータケーシング１３に力が作用する位置から第２軸受９までの主軸４の軸方向における距離を小さくすることが好ましい。
【００４１】
このためには、図５に図示されているように、ステータケーシング１３に凹部１３ａが設けられ、第２軸受ハウジング６の端部６ａが、ステータケーシング１３の凹部１３ａの内部に位置することが好ましい。また、第２軸受ハウジング６の端部６ａが、ステータケーシング１３の第２軸受ハウジング６に対向する対向面１３ｂと同一面上にあってもよい。いずれの場合でも、トルクサポート２０からステータケーシング１３に力が作用する位置から第２軸受９までの主軸４の軸方向における距離を小さくできる。
【００４２】
また、図６は、トルクサポートからステータケーシング１３に力が作用する位置から第２軸受９までの距離を小さくするための他の構造を示す断面図である。図６の構造では、第２軸受ハウジング６の端部に円盤状のトルクサポート部材２４が直接に接合され、更に、トルクサポート部材２４の外周部にステータケーシング１３が連結されている。トルクサポート部材２４の中心には開口が設けられており、主軸４は、その開口に通されている。なお、図６の構造では、第２軸受９とステータケーシング１３の間の距離が近いため第２軸受９に近い側の発電機軸受１７は設けられていない。
【００４３】
このような構造によれば、トルクサポート部材２４からステータケーシング１３に力が作用する位置を第２軸受ハウジング６の端にすることができる。即ち、トルクサポート部材２４は、第２軸受ハウジング６の端から主軸４の半径方向に延伸してステータケーシング１３と連結するように構成されており、したがって、トルクサポート部材２４からステータケーシング１３に力が作用する位置から第２軸受９までの距離を小さくできる。これは、主軸４の第２軸受９よりも発電機７に近い側の部分と、スリーブ１６と、ロータ１２と、ステータケーシング１３との間における相対的な変位の発生を一層に抑制するために有効である。
【００４４】
最も理想的なのは、トルクサポート２０からステータケーシング１３に力が作用する位置が第２軸受９の中心と一致することである。図７Ａ、図７Ｂは、トルクサポート２０からステータケーシング１３に力が作用する位置を第２軸受９の中心と一致させることを可能にする構造を示す図である。
【００４５】
図７Ａ、図７Ｂの構造では、ステータケーシング１３に凹部が形成され、この凹部に第２軸受ハウジング６Ｃの一部分が収容される。詳細には、ステータケーシング１３の正面プレートが、外周部プレート４１と中心部プレート４２で構成されている。外周部プレート４１は、中心部プレート４２の外縁部に接合されている。中心部プレート４２は、その中心部分が外縁部よりも窪んだ形状をしている。
【００４６】
加えて、外周部プレート４１の一部分が中心部プレート４２との接合位置から半径方向内側に突出しており、この突出している部分（突出部４１ａ）が第２軸受ハウジング６Ｃに設けられた溝４４に嵌め込まれることによってステータケーシング１３が支持されている。即ち、本実施形態では、ステータケーシング１３の外周部プレート４１の突出部４１ａがトルクサポートとして機能する。詳細には、図７Ａに図示されている第２軸受ハウジング６Ｃには、溝４４と、溝４４を横断するようにして主軸４の軸方向に貫通する開口４５とが形成されている。一方、外周部プレート４１の突出部４１ａには、開口４１ｂが形成されている。外周部プレート４１の突出部４１ａが第２軸受ハウジング６Ｃに設けられた溝４４に嵌め込まれた状態で、第２軸受ハウジング６Ｃの開口４５にピン４３が挿入される。ピン４３は、第２軸受ハウジング６Ｃに設けられた開口４５と外周部プレート４１の突出部４１ａに設けられた開口４１ｂとを貫通するように挿入される。これにより、ステータケーシング１３が第２軸受ハウジング６Ｃに固定される。
【００４７】
図７Ａ、図７Ｂの構造では、外周部プレート４１の突出部４１ａが、第２軸受ハウジング６Ｃの中間部位とステータケーシング１３とを主軸４の半径方向に連結しているので、トルクサポート２０からステータケーシング１３に力が作用する位置から第２軸受９の中心までの主軸４の軸方向における距離を小さくし、理想的には、一致させることができる。これは、主軸４の第２軸受９よりも発電機７に近い側の部分と、スリーブ１６と、ロータ１２と、ステータケーシング１３の間の相対的な変位の発生を一層に抑制し、ステータ１１とロータ１２の間のギャップのアンバランスを一層に低減するために好ましい。
【図１】
2011135703.tif 000003
【図２】
2011135703.tif 000004
【図３】
2011135703.tif 000005
【図４Ａ】
2011135703.tif 000006
【図４Ｂ】
2011135703.tif 000007
【図４Ｃ】
2011135703.tif 000008
【図４Ｄ】
2011135703.tif 000009
【図４Ｅ】
2011135703.tif 000010
【図５】
2011135703.tif 000011
【図６】
2011135703.tif 000012
【図７Ａ】
2011135703.tif 000013
【図７Ｂ】
2011135703.tif 000014
【図８】
2011135703.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月5日(2012.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記第２軸受は、
第１及び第２内輪と、
第１及び第２外輪と、
前記第１内輪と前記第１外輪の間に設けられた第１転動体と、
前記第２内輪と前記第２外輪の間に設けられた第２転動体と、
付勢部材
とを備え、
前記第２外輪と前記第２内輪との間の間隔が可変であり、
前記付勢部材は、前記第２外輪を、前記第２外輪の内周面が前記第２内輪の外周面に近づくように付勢し、
前記第２軸受が、更に、
第３内輪と、
第３外輪と、
前記第３内輪と前記第３外輪の間に設けられた第３転動体
とを備えている
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
更に、
前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングを備え、
前記第２軸受の前記第２外輪は、線接触又は点接触を介して前記軸受ハウジングに対して移動可能である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記軸受ハウジングと前記第２外輪との間に、円筒コロが挿入されている
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項４】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングと、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記ステータケーシングが、前記軸受ハウジングに対向する対向面において凹部を有し、
前記軸受ハウジングの端が前記対向面と同一面上にあるか、前記軸受ハウジングの一部が前記凹部の内部に位置している
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項５】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングと、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記トルクサポートは、前記軸受ハウジングに連結されたトルクサポート部材を備え、
前記トルクサポート部材は、前記主軸の半径方向に延伸して前記軸受ハウジングと前記ステータケーシングとを連結する
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項６】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記ステータケーシングは、
前記軸受ハウジングに対向する中心部プレートと、
前記中心部プレートの外縁部に連結された外周部プレート
とを備え、
前記中心部プレートは、その中心部が前記外縁部よりも窪んで形成され、これにより前記ステータケーシングに凹部を提供するように構成され、
前記外周部プレートは、前記トルクサポートとして機能する、前記凹部の外縁から前記主軸の半径方向内側に突出する突出部が形成されるように構成され、
前記軸受ハウジングの一部が前記凹部に収容されると共に、前記突出部が前記軸受ハウジングに連結されることによって前記ステータケーシングと前記軸受ハウジングとが連結される
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受は、複列テーパーころ軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第１軸受が、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、又は自動調心軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項９】
請求項４乃至６のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受は、
第１及び第２内輪と、
第１及び第２外輪と、
前記第１内輪と前記第１外輪の間に設けられた第１転動体と、
前記第２内輪と前記第２外輪の間に設けられた第２転動体と、
付勢部材
とを備え、
前記第２外輪と前記第２内輪との間の間隔が可変であり、
前記付勢部材は、前記第２外輪を、前記第２外輪の内周面が前記第２内輪の外周面に近づくように付勢する
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月26日(2013.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記第２軸受は、
第１及び第２内輪と、
第１及び第２外輪と、
前記第１内輪と前記第１外輪の間に設けられた第１転動体と、
前記第２内輪と前記第２外輪の間に設けられた第２転動体と、
付勢部材
とを備え、
前記第２外輪と前記第２内輪との間の間隔が可変であり、
前記付勢部材は、前記第２外輪を、前記第２外輪の内周面が前記第２内輪の外周面に近づくように付勢し、
前記第２軸受が、更に、
第３内輪と、
第３外輪と、
前記第３内輪と前記第３外輪の間に設けられた第３転動体
とを備えている
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
更に、
前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングを備え、
前記第２軸受の前記第２外輪は、線接触又は点接触を介して前記軸受ハウジングに対して移動可能である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記軸受ハウジングと前記第２外輪との間に、円筒コロが挿入されている
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項４】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記第２軸受を収容して支持する軸受ハウジングと、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記ステータケーシングが、前記軸受ハウジングに対向する対向面において凹部を有し、
前記軸受ハウジングの端が前記対向面と同一面上にあるか、前記軸受ハウジングの一部が前記凹部の内部に位置している
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項５】
一端が風車ロータのロータヘッドに連結された主軸と、
ステータと、前記ステータを支持するステータケーシングと、前記主軸の他端に連結されたロータとを備える発電機と、
前記ロータヘッドと前記発電機との間に位置し、前記主軸を回転可能に支持する第１及び第２軸受と、
前記ステータケーシングを支持するトルクサポート
とを備え、
前記第２軸受は、前記第１軸受よりも前記発電機に近接して位置しており、
前記第１軸受は、調心性を有する軸受であり、
前記第２軸受は、調心性のない軸受であり、
前記ステータケーシングは、
前記軸受ハウジングに対向する中心部プレートと、
前記中心部プレートの外縁部に連結された外周部プレート
とを備え、
前記中心部プレートは、その中心部が前記外縁部よりも窪んで形成され、これにより前記ステータケーシングに凹部を提供するように構成され、
前記外周部プレートは、前記トルクサポートとして機能する、前記凹部の外縁から前記主軸の半径方向内側に突出する突出部が形成されるように構成され、
前記軸受ハウジングの一部が前記凹部に収容されると共に、前記突出部が前記軸受ハウジングに連結されることによって前記ステータケーシングと前記軸受ハウジングとが連結される
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受は、複列テーパーころ軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第１軸受が、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、又は自動調心軸受である
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【請求項８】
請求項４又は５に記載のダイレクトドライブ型風力発電装置であって、
前記第２軸受は、
第１及び第２内輪と、
第１及び第２外輪と、
前記第１内輪と前記第１外輪の間に設けられた第１転動体と、
前記第２内輪と前記第２外輪の間に設けられた第２転動体と、
付勢部材
とを備え、
前記第２外輪と前記第２内輪との間の間隔が可変であり、
前記付勢部材は、前記第２外輪を、前記第２外輪の内周面が前記第２内輪の外周面に近づくように付勢する
ダイレクトドライブ型風力発電装置。
【国際調査報告】
2011135703.tif 000016
2011135703.tif 000017
2011135703.tif 000018
2011135703.tif 000019
2011135703.tif 000020
2011135703.tif 000021